Design of Dynamic Characteristic Testing System for Sliding Joint

以机床矩形滑动导轨为背景,基于单位面积垫块的结合面基础特性数据识别方法以及等效单自由度系统理论,设计了一套用于测试滑动状态结合面动态特性参数的机械装置和数据采集分析系统.运用Labview软件结合等效单自由度系统理论以及振动测试工具对机械装置进行扫频振动测试以获得结合面的单位面积刚度和阻尼.实验装置能够调节运动速度、结合面压力和接触材料以及润滑条件,测试滑动结合面在不同情况下的动态特性参数,获得完整的滑动结合面力学特性数据,为建立完整、实用的结合面特征参数库打下良好基础.     

机械结合面动态特性测试与仿真

机械系统的振动特性多依赖于其结合面的动态特性,以动力总成系统的螺栓联接结合面为研究对象,设计了模拟机械结合面动态特性的非标试验测试装置,经过多轮次的试验,确定了结合面切、法向刚度和阻尼的测试流程和参数识别方法,获得了接触压力、结合面材料和接触面状态等因素对结合面动态特性的影响规律。提出了薄层单元结合面等效计算模型,并基于试验测试数据,建立了考虑结合面影响的等效动力学模型。变速箱壳体组合模态的计算结果表明,该等效计算模型具有较高的计算精度和良好的工程适用性。     

滚动导轨结合面动态特性参数识别实验研究

建立了识别滚动导轨结合面动态特性参数的测量模型。该测量模型将安装有滚动导轨的机构简化为单自由度系统,消除了基础位移对参数识别的影响。基于测量模型,研制了滚动导轨结合面动态特性参数测量装置。以施耐博格MRC45滚动导轨为实验对象,测量了其结合面动态特性参数,准确获得了法向和侧向动态刚度并分析了载荷变化对动态刚度的影响规律。     

机械结合部动态特性的等效参数研究

为提高机械结构数值分析时结合部动态特性参数的应用简便性,提出一种基于等效参数的机械结合部动态特性分析方法。在通过实验获得具有通用性的结合部单位面积上的法向动态刚度和切向动态刚度的基础上,将单位面积上的结合部等效为各向同性连续介质,基于GW接触模型建立单位面积上的结合部微观形貌和结合部动态刚度变化关系式,根据离散单元应力波传播条件研究结合部单位面积上的法向动态刚度和切向动态刚度之间内在联系,推导出结合部动态特性的等效参数-单位面积上的弹性模量和泊松比,并以螺栓连接的两钢板为对象进行数值分析,将计算结果和试验测量结果进行比较,以验证结合部动态特性等效参数的可行性和准确性,为深入研究机械结合部问题奠定基础。     

基于模态试验的机床导轨滑块结合面的参数识别研究

机床的整机动态特性在很大程度上取决于机床导轨的结合面特性,目前对于机床导轨特性参数的获得常常采用动态测试的方法.针对XH6650中导轨结合面参数的测试,提出单自由度分量分析法对机床滚动导轨进行模态测试分析.测试中分别对水平和竖直方向激励,测试传递函数,从而识别出导轨结合面的特性参数.     

基于模态理论的机床滚珠导轨滑块接合面特性参数识别

机床的整机动态特性在很大程度上取决于机床导轨的结合面特性，目前对于机床导轨特性参数的获得常常采用动态测试的方法。本文针对高速、高精度机床中采用的滚珠导轨结合面参数的测试提出单自由度分量分析法对机床滚珠导轨进行模态测试分析。测试中分别对垂向和侧向激励，测试传递函数，从而识别出导轨结合面的特性参数。     

滑动导轨结合面动刚度的试验研究

基于等效单自由度模型自主研发了滑动结合面动态特性参数识别试验台,对不同类型的滑动结合面进行参数识别试验,得到了结合面的动刚度,并分析了滑动速度、面压、介质等因素对刚度的影响规律。分析结果表明:滑动速度的增大会降低结合面的动刚度;适当增大面压可提高结合面的动刚度,且能降低速度增大对动刚度的影响;添加润滑油能使结合面的动刚度提高20%左右;贴塑导轨比普通金属导轨能更好地维持结合面动刚度的稳定性,其动刚度随速度的变化在25%左右。     

垂直升降无齿轮电梯系统的参变随机振动

现场测试分析表明垂直升降电梯有参变随机振动的特征,经简化建立其单自由度振动模型。对单自由度振动方程的变量进行分析,表明该方程属于参变随机振动方程;在求解方程的响应时发现,格林矩阵的元素起着描述参变系统动态特性的作用。经过上述分析找出影响电梯轿厢振动大小及频率结构的系统参数,列出已安装好电梯的可修改参数,为电梯的减振降噪及其相关技术调试指明方向。利用上述结论,在实际振动控制中获得了良好的效果。     

粉末冶金多孔材料结合面力学性质的实验研究

以粉末冶金多孔材料制作实验装置的结合面,建立实验系统的单自由度解耦模型,进行结合面在有油介质和无油介质情况下刚度和阻尼系数的实验识别.实验数据说明,结合面在有油介质情况下其力学特性能获得一定的提高,因而运用粉末冶金多孔含油材料作为机床结合面材料具有广阔的应用前景.     

模态参数识别和输入整形相结合的抑振方法

针对输入整形技术对模态参数的高度依赖性以及整形器给系统带来延时的问题,提出一种模态参数识别和无延时输入整形结合的复合方法。以单自由度机械臂为对象,研究在S型曲线输入信号作用下系统的振动特性,定量分析该方法对机械臂残余振动幅值的影响。搭建了机械臂残余振动抑制测试的实验平台,并采用对系统模态参数最敏感的零振动(zero vibration,简称ZV)型整形器进行间歇-间歇(rest-to-rest)实验。结果显示,使用该方法后机械臂残余振动的最大振幅仅为原最大振幅的31%,稳定时间由整形前的0.118s缩短到整形后的0.043s,机械臂运动控制的总时间由1.738s降为1.643s,表明该方法有效地抑制了机械臂的残余振动,并保证了机械臂的工作效率。     

结合面形貌特性对模态耦合不稳定系统的影响

针对目前结合面微观形貌特性对由摩擦和系统结构双重引起的模态耦合系统的稳定性影响的理论研究缺少,尝试从微观角度解释结合面形貌对宏观系统的动态特性影响。基于分形理论建立结合面形貌较为准确的法向、切向接触刚度模型;以车辆制动盘为对象,将所建立的分形接触刚度模型引入其中,建立一个两自由度的典型模态耦合模型;研究了结合面切向与法向的刚度比、摩擦因数和固有频率比对系统稳定和不稳定区的影响,以及系统出现不同频率噪声的条件。研究可知,形貌参数是结合面产生振动噪声的主要影响因素;结合面形貌特性不同,系统产生振动噪声的频率和条件也不同。这些结论有助于更深入地研究结合面形貌特性对宏观系统的影响;同时可为工程设计制造合适结合面形貌提供参考,具有一定的工程意义。     

轮盘-轴组件结合面螺栓等效刚度及其对动力学性能影响的研究

轮盘-轴组件的结合面特性对转子静动特性有着重要的影响,并且螺栓紧固质量是其中重要因素之一。本文以某燃机轮盘-轴组件为研究对象,采用弹簧阻尼单元等效处理结合面的螺栓连接,建立组件整体有限元模型。然后,基于吉村允孝的结合面等效刚度计算理论,提取试验测得的轮盘-轴组件结合面的面压参数,对等效模型中的弹簧阻尼单元各向刚度进行校准。对计算结果进行对比分析,并结合了模态测试的振型和固有频率数据,结果表明,该等效模型能够很好地模拟螺栓连接特性对轮盘-轴组件动态特性的影响。最后,基于该等效模型计算分析了螺栓连接的等效连接刚度大小和离散度对组件动态特性的影响规律。     

一种六自由度机械臂的振动特性研究

针对某新型六自由度机械臂末端在工作过程中出现严重抖动的问题,研究了机械臂各运动关节和本体对末端振动特性的影响。构建了机械臂刚柔耦合动力学简化模型,仿真得到了本体在不同工作姿态下的固有频率特性,并结合机械振动测试理论,建立了基于激励+单体+本体+末端振动的路径传递模型;提出了一种机械臂本体固有频率测试和单轴工作模式振动测试相结合的模态试验方法,应用AVANT MI-7008动态频谱分析测试仪,提取了各轴启停时的的振动频率和机械臂本体的一二阶固有频率,获得了机械臂各关节避开共振频率范围。研究结果表明:模态测试获得固有频率和MATLAB仿真结果基本吻合,验证了方案的可行性;为提高机械臂末端定位精度和稳定性提供了一种有效的分析手段。     

机床滑动结合面特性测试装置连接桥板的动态优化设计

以机床滑动结合面动态特性测试装置关键部件连接桥板的优化设计为例,研究了利用构件之间相对动柔度对机械结构进行优化的理论和方法.首先提出相对动柔度系数概念及其计算方法,并以相对动柔度系数为优化目标,对连接桥板进行优化设计,经过设计后的桥板动刚度远大于被测结合面动刚度,符合设计要求.该方法的提出为同一系统中两个或多个有相对动刚度要求的构件设计提供了一种新设计方法.     

基于传递函数的机械结构结合面参数模糊辨识方法

机械结构结合面参数对机械结构系统动力学建模与结构振动控制有着重要的影响.准确合理地识别出结合面等效参数是实现结构系统动态分析与控制的一个关键问题.本论文提出利用传递函数和模糊优化识别机械结构结合面参数的新方法,给出了理论公式和算例分析.通过与传统的最小二乘法比较表明,该方法克服了传统方法的一些缺点,提高了结合面参数辨识精度.     

塑性冲击振动系统的非光滑分岔

考虑塑性碰撞工况下的单自由度冲击振动系统,推导了擦边分岔和余维一滑动分岔的条件。结合二维参数和单参数分岔分析,研究了单冲击周期运动的分岔特征,揭示了冲击振动系统的穿越滑动分岔、切换滑动分岔和余维二滑动分岔等非光滑分岔以及擦边分岔和混沌激变等不连续分岔行为。非黏滞型周期运动与黏滞型周期运动经穿越滑动分岔相互转迁。在二维参数平面的低频小间隙区域,(1,1,1)周期运动与(1,2,1)周期运动交替出现。两类周期运动的临界线为切换滑动分岔线。混沌边界激变导致混沌吸引子及其吸引域突然消失。     

基于响应面法的滑动结合面动态特性参数优化识别

针对机床滑动结合面动态特性参数识别困难和现有方法模型复杂、计算量大等问题,提出了基于实验模态分析和响应面法的动态特性参数优化识别方法。通过试验设计获取样本点构造滑动结合面的多项式响应面模型,以响应面的计算结果与实验模态分析结果的相对误差构造目标函数,采用自适应模拟退火算法优化求解,从而识别出滑动结合面的动态特性参数。以机床动态特性分析实验台上立柱导轨与滑座间的滑动结合面为实例进行了建模、实验、参数识别等分析。结果表明,采用所提出的方法可实现较高的识别精度,可显著提高识别效率。     

基于集中质量法发动机曲轴系统扭振特性分析

曲轴的非刚体特性决定了扭转振动是不可避免,在设计中必须要加以考虑的因素.针对某四缸发动机扭转振动特性进行分析,采用集中质量法对曲轴轴系进行扭转振动建模,获取系统的特征方程,分别应用并对比了二自由度和六自由度当量系统方法,获取轴系的自振频率和振型,并获取低谐次的共振转速;采用非接触式试验测试,对比曲轴系统试验数据和理论分析数据,获得校准后的发动机轴系扭振计算模型,对比了两种求解模型结果的差异性,并对理论计算结果进行修正.结果 可知:二自由度和六自由度当量系统法均可对曲轴轴系的自由振动特性进行分析,二者的误差在4％以内;在发动机的转速范围内,对于该发动机轴系的主谐次和次主谐次,存在多个共振转速,需要设计专门的扭转减振器进行控制;基于扭转振动实验测试,对曲轴轴系的扭转振动模型进行修正,可以显著提高二自由度和六自由度当量系统法获得的轴系自由振动特性的准确性,二者的误差控制在0.5％以内;同时模型分析与试验测试结果基本一致,表明分析模型的可靠性,为实际设计提供重要参考.     

直线电动机进给系统滚动导轨结合面动态特性参数识别优化

机床结合面对整机的动静态特性有着重要的影响,结合面动态特性参数的识别对提高整机性能、缩短研发周期有重要意义。提出基于LMS Test.Lab试验模态分析和ANSYS响应面法的动态特性参数识别优化方法。基于结合面等效刚度和阻尼值在ANSYS软件中建立直线电动机进给系统有限元模型,对系统进行仿真模态分析,并通过LMS Test.Lab系统进行模态试验测试,对比仿真模态参数和试验测试模态参数,并通过试验测试结果修正有限元模型。最终使仿真模态参数值与试验测试结果相差在8%以内,验证了该有限元模型的准确性。     

履带车辆齿轮传动系统非线性振动特性研究

以齿轮系统动力学和非线性振动理论为基础,针对具有齿侧间隙和时变啮合刚度的某履带车辆齿轮传动系统,建立单自由度齿轮系统非线性振动模型,通过数值仿真方法求解并分析在不同档位下的振动特性,并对其在某些变量参数下进行了振动特性研究,所得结果既反映了动力学性能,又为下一步进行多自由度齿轮系统的非线性振动研究提供了有力的依据.